Paxos算法详解

Paxos解决的是分布式环境中的一致性问题。可以理解为：N个服务器要确定一个值Value等于多少，只要有多于半数的服务器还是存活并可以有效通信，那么这个值就可以通过Paxos算法确定下来，并且该值是唯一的。典型的问题如：选主。
　　这个算法中有三个角色，提案者（proposer），接受者（acceptor）和学习者（learner）。每个服务器都可以兼职任何几种角色。在算法开始之前，每个proposer都知道整个环境中有多少个acceptor，即N的值是一开始就是确定了的。对proposer来讲，它需要提交两次请求，对acceptor来讲需要对proposer每次提出的请求做批准，即需要有二阶段提交。下面详细分析两个阶段以及两个阶段中的角色.

• 第一阶段中的proposer：

　　proposer发出该请求的前提条件：Value值还没有确定（其中Value值确定的条件是收到明确的消息“Value最终确定为某值”，收到该消息的过程中此proposer扮演的是learner角色）。
　　proposer需要选取一个值作为自己的序列号K，这个序列号K要满足两个条件：第一，每个不同的proposer提交的序列号要严格不同；第二，对于每个proposer在Value值确定之前，可能需要提交多次序列号K，要确保该值一次比一次大。
　　proposer需要将这个序列号S发送给至少大多数的服务器，即发给大于N/2个不同的acceptor（如果自己也是一个acceptor，那么是否可以发送给大于(N/2-1)个服务器呢？我的理解是：不可以，原因在于它不知道自己作为一个acceptor所存储的信息是什么，所以它可以选择向自己也发送这个请求，但是不能因此省略掉一次请求发送）。

• 第一阶段中的acceptor：

　　整个paxos算法过程中acceptor会保存两个信息：一个是自己回应过的最大序列号MaxN，如果还没有回应过则该值是空；另一个是在第二阶段批准过的决议对应的两个值：序号AcceptN和值AcceptV，这两个值在一开始也都为空。
　　当收到来自proposer提交的带有唯一序列号K的请求后，它要做出回应，回应有三种：第一种，MaxN为空（即该acceptor第一次接受到此类请求），则直接同意并且做出承诺–从此之后不再回应序列号小于K的请求，且回应序号AcceptN和值AcceptV都为空；第二种，MaxN不为空且K>MaxN（也就是并非第一次接受此类请求，但是序列号K比以前回应过的都大），此时它要把自己保存的序号AcceptN和值AcceptV（即使都为空）发送给proposer，并且做出承诺–从此之后不再回应序列号小于K的请求；第三种，K<MaxN，序列号K太小了，基于以上做出的承诺，不做回应。
　　从这个过程中可以看出，一旦acceptor在第二阶段接受了序号AcceptN和值AcceptV，那么它在第一阶段都会以他俩为基准告诉后来的proposer；acceptor还会在第一阶段不断做出承诺，它回应请求的前提是proposer提出的序列号要足够大。

• 第二阶段中的proposer：

　　proposer在第一阶段提交请求会收到回应，但是这个回应什么时候到达或者说会不会丢失消息是不确定的，所以在第二阶段开始之前proposer都会设置一个超时时间，一旦第一阶段中某个acceptor的回应晚于超时时间，那么proposer就认为没有收到。
　　超时时间一过，proposer会首先检查一件事情，收到的回应个数有没有超过N/2。如果没有超过，那么此轮结束，proposer回到第一阶段重新开始。如果超过N/2，那么proposer会发起第二阶段的请求，发送给大于N/2个不同的acceptor。这个请求的内容就是自己的提案Value等于V，这个V值如何确定呢？它先检查自己在第一阶段获得的回应，如果所有的回应中都显示序号AcceptN和值AcceptV都为空，那么proposer就可以自己任选一个值作为V（例如在选主过程中选自己）；否则选取所有收到的AcceptN最大的那个所对应的AcceptV作为V提交。
　　这个过程中我们可以看到V的值取什么是很关键的，它会作为最终Value的备选值在下一步中进行批准，如果作为一个高效并且努力使Value唯一的算法，备选值应该越少越好，所以我们看到选择AcceptN最大所对应的值，这个在一定程度上保证了proposer所提出的v趋向于同一个值。
　　在提交完同样还要等待acceptor的回应，同样这个回应也有一个超时时间，一旦回应超过半数同意，此刻Value的值最终确定了下来，然后proposer会通知所有learner该值已经确定，算法结束。但是如果在发出通知之前该acceptor挂了，那么其他的proposer继续执行，不过最终确定的Value一定是原来的那个。

• 第二阶段中的acceptor

　　acceptor做法非常简单，就是比较proposer在第二阶段提交过来的序列号是否大于自己的MaxN，如果大于，就直接同意，并且把自己相应的MaxN、序号AcceptN和值AcceptV进行更新；否则不予回应。

　　整个算法看下来，有很多地方都是非常苛刻的，但是所有的步骤都在向同一个方向努力，无论期间有什么情况发生，都不会最终影响Value的确定性和唯一性。

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